[发明专利]利用吸附剂原位吸附发酵偶联渗透汽化在线生产及分离丁醇、丙酮和乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用吸附剂原位吸附发酵偶联渗透汽化在线生产及分离丁醇、丙酮和乙醇的方法，属于生物技术领域。

背景技术

丁醇是一种重要的液体能源和化学品，可以通过微生物发酵法获得，通常采用丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵生产丁醇，同时会产生丙酮和乙醇，及少量有机酸。(详见非专利文献：Kumar，M,Gayen，K..Developments in biobutanol production:new insights.Applied Energy，88:1999-2012，2011).但是发酵液中终点的丁醇浓度通常在1.0～2.0%（w/v）,丙酮浓度在0.5～1.0%（w/v）。并且，丁醇的沸点为117.7℃，高于水的沸点100℃。因此，如果利用传统的精馏或蒸馏分离法，其分离成本极高，经济上是不可行的，很难实现工业化生产（详见非专利文献：Matsumura,M.,Kataoka,H.,Sueki,M.,Araki,K.Energy saving effect of pervaporation using oleyl alcohol liquid membrane in butanolpurification.Bioprocess Eng.3：93-100,1988）。

目前国内通常采用精馏，萃取和渗透汽化三种方法进行丁醇的分离。如果利用传统精馏方法，从含有0.5%（w/v）丁醇的发酵液中分离纯化丁醇到99.9%（w/v），需要能量79.5MJ/kg丁醇。如果发酵液中的丁醇浓度提高到1.0%（w/v）,需要的能量可以减少到36MJ/kg丁醇，和丁醇自有的能量相等（详见非专利文献：Oudshoorn,A.,Vander Wielen LAM,Straathof AJJ.Assessment of options for selective 1-butanol recoveryfrom aqueous solutions.Ind Eng Chem Res.48:7325-7336,2009）。另外，采用精馏塔进行分离，通常需要多个精馏塔串联，虽然分离得到的丁醇浓度高，但是需要大量的蒸汽加热，从能量消耗平衡角度看，经济上是不可行的（详见专利文献：李春利，王洪海，王荣良，方静，张鹏。分离乙醇、丙酮和丁醇发酵醪液的精馏工艺方法。公开号CN101397236A；徐西东，孙太喜。一种节能环保的丁醇丙酮生产方法；公开号CN101302542A；欧阳胜利，李永辉，张志强，陶敏莉，钱胜华，吕惠生，董秀芹，张敏华。制备生物丁醇中乙醇塔的热耦合节能系统及操作方法。公开号CN 101530672A）。如果利用萃取的方法，液体油水层之间容易形成乳化层，不容易分离。另外，所用的萃取剂通常对生产菌至少产生轻微毒害，影响发酵效率。最后，对萃取剂层中溶解的丁醇浓度不高，导致分离效率很低，并且再次分离，由于萃取剂的比热容很高，需要消耗的能量很大。因此，综合考虑，萃取技术有其很大的弊端和局限性（详见专利文献：应明。一种丙酮丁醇原位萃取连续发酵装置及工艺。CN 101948737A；王建设，王绍鹏。一种连续萃取发酵生产生物丁醇的方法和装置。CN 101787378A;张延平，王鑫昕，李寅，王少华。一种生产丁醇的方法。CN 101418320A）。利用渗透汽化技术分离丁醇的研究也较多，通过多级渗透汽化分离，可以获得相对高浓度的丁醇，但是最大的问题是渗透汽化膜的制作成本高，容易被污染，因此给分离过程带来生产安全隐患。另外，渗透汽化之前，需要通过微滤装置除去细胞，微滤装置本身也容易堵塞，不但生产成本高，也有安全隐患（详见专利文献：秦培勇，李树峰，谭天伟，秦帆。一种生物质发酵耦合渗透汽化分离生产丁醇。CN 102757984A;王建设，王绍鹏。一种连续渗透汽化耦合发酵生产生物丁醇的装置。CN201686697U；金万勤，姜岷，刘公平，吴昊。生物质发酵与渗透汽化耦合原位分离丙酮、丁醇和乙醇的工艺。CN101805754A）。因此，需要开发新技术对产物进行提纯，提高分离效率。